Penjana voltan impuls / penjana marx - gambarajah litar, prinsip kerja dan aplikasi

Dalam elektronik, lonjakan adalah perkara yang sangat kritikal dan ia adalah mimpi buruk bagi setiap pereka litar. Lonjakan ini biasanya disebut sebagai impuls yang dapat didefinisikan sebagai voltan tinggi, biasanya dalam beberapa kV yang ada untuk jangka waktu yang pendek. Ciri-ciri voltan impuls dapat diperhatikan dengan waktu jatuh Tinggi atau Rendah diikuti dengan waktu kenaikan voltan yang sangat tinggi, Kilat adalah contoh sebab semula jadi yang menyebabkan voltan Impuls. Oleh kerana voltan Impulse ini boleh merosakkan peralatan elektrik dengan teruk, adalah mustahak untuk menguji peranti kita agar berfungsi melawan voltan impuls. Di sinilah kita menggunakan penjana Voltan Impulse yang menghasilkan lonjakan voltan tinggi atau arus dalam susunan ujian terkawal. Dalam artikel ini, kita akan belajar mengenaikerja dan aplikasi Penjana Voltan Impulse. Oleh itu, mari kita mulakan.

Seperti yang diberitahu sebelumnya, penjana impuls menghasilkan lonjakan jangka pendek ini dengan voltan yang sangat tinggi atau arus yang sangat tinggi. Oleh itu, terdapat dua jenis penjana impuls, penjana voltan impuls dan penjana arus impuls. Walau bagaimanapun, dalam artikel ini, kita akan membincangkan penjana voltan impuls.

Bentuk Gelombang Voltan Impuls

Untuk memahami voltan impuls dengan lebih baik mari kita lihat bentuk gelombang voltan impuls. Pada gambar di bawah, satu puncak bentuk gelombang Impuls voltan tinggi ditunjukkan

Seperti yang anda lihat, gelombang mencapai puncak 100 peratus maksimum dalam 2 uS. Ini sangat pantas, tetapi voltan tinggi kehilangan kekuatannya dengan jangka masa hampir 40uS. Oleh itu, nadi mempunyai masa kenaikan yang sangat pendek atau cepat sedangkan waktu jatuh yang sangat perlahan atau panjang. Tempoh nadi disebut ekor gelombang yang ditentukan oleh perbezaan antara cap kali ke-3 ts3 dan ts0.

Penjana Impuls Tahap Tunggal

Untuk memahami cara kerja penjana Impulse, mari lihat gambarajah litar penjana impuls satu peringkat yang ditunjukkan di bawah

Litar di atas terdiri daripada dua kapasitor dan dua rintangan. Spark Gap (G) adalah jurang terpencil elektrik antara dua elektrod di mana percikan elektrik berlaku. Sumber kuasa voltan tinggi juga ditunjukkan dalam gambar di atas. Sebarang litar penjana impuls memerlukan sekurang-kurangnya satu kapasitor besar yang dicas ke tahap voltan yang sesuai dan kemudian dikeluarkan oleh beban. Dalam litar di atas, CS adalah kapasitor pengecas. Ini adalah kapasitor voltan tinggi yang biasanya lebih tinggi daripada penilaian 2kV (bergantung pada voltan keluaran yang diinginkan). Kapasitor CB adalah kapasitansi beban yang akan melepaskan kapasitor pengisian. Perintang dan RD dan RE mengawal bentuk gelombang.

Sekiranya gambar di atas diperhatikan dengan teliti, kita dapat mengetahui bahawa jurang G atau percikan tidak mempunyai sambungan elektrik. Lalu bagaimana kapasitansi beban mendapat voltan tinggi? Inilah helahnya dan dengan ini, litar di atas bertindak sebagai penjana impuls. Kapasitor diisi sehingga voltan pengisian kapasitor cukup untuk melepasi jurang percikan. Impuls elektrik yang dihasilkan melintasi jurang percikan dan voltan tinggi dipindahkan dari terminal elektrod kiri ke terminal elektrod kanan jurang percikan dan dengan itu menjadikannya litar yang bersambung.

Masa tindak balas litar dapat dikawal dengan memvariasikan jarak antara dua elektrod atau menukar voltan yang diisi penuh kapasitor. Yang banyak output voltan impuls boleh dilakukan dengan mengira bentuk gelombang voltan keluaran dengan

v (t) = (e ^{- α t} - e ^{- β t})

Di mana, α = 1 / R _d C _b β = 1 / R _e C _z

Kekurangan Penjana Impuls Tahap Tunggal

Kelemahan utama litar penjana impuls satu peringkat adalah ukuran fizikal. Bergantung pada penarafan voltan tinggi, komponennya bertambah besar. Juga, penjanaan voltan impuls tinggi memerlukan voltan DC yang tinggi. Oleh itu, untuk rangkaian penjana voltan impuls satu peringkat, agak sukar untuk mendapatkan kecekapan optimum walaupun menggunakan bekalan kuasa DC yang besar.

Sfera yang digunakan untuk sambungan jurang juga memerlukan ukuran yang sangat tinggi. Korona yang dikeluarkan oleh penjanaan voltan impuls sangat sukar untuk ditindas dan dibentuk semula. Hayat elektrod semakin pendek dan memerlukan penggantian setelah beberapa kitaran pengulangan.

Penjana Marx

Erwin Otto Marx menyediakan litar penjana impuls bertingkat pada tahun 1924. Litar ini secara khusus digunakan untuk menghasilkan voltan impuls tinggi dari sumber kuasa voltan rendah. Litar penjana impuls multipleks atau biasa disebut sebagai litar Marx dapat dilihat pada gambar di bawah.

Litar di atas menggunakan 4 kapasitor (mungkin ada n bilangan kapasitor) yang dicas oleh sumber voltan tinggi dalam keadaan pengisian selari oleh perintang pengecas R1 hingga R8.

Semasa keadaan pelepasan jurang percikan yang merupakan litar terbuka semasa keadaan pengisian, bertindak sebagai suis dan menghubungkan jalan seri melalui bank kapasitor dan menghasilkan voltan impuls yang sangat tinggi di seluruh beban. Keadaan pelepasan ditunjukkan pada gambar di atas dengan garis ungu. Voltan kapasitor pertama perlu dilebihi dengan cukup untuk memecahkan jurang percikan dan mengaktifkan litar penjana Marx.

Apabila ini berlaku, jurang percikan pertama menghubungkan dua kapasitor (C1 dan C2). Oleh itu voltan merentas kapasitor pertama mendapat dua kali ganda dengan dua voltan C1 dan C2. Selepas itu, jurang percikan ketiga secara automatik rosak kerana voltan melintasi jurang percikan ketiga cukup tinggi dan ia mula menambahkan voltan C3 kapasitor ketiga ke dalam timbunan dan ini terus naik ke kapasitor terakhir. Akhirnya, apabila jurang percikan terakhir dan terakhir dicapai, voltan cukup besar untuk memecahkan jurang percikan terakhir merentasi beban yang mempunyai jurang yang lebih besar antara palam pencucuh.

Voltan keluaran akhir melintasi jurang akhir adalah nVC (di mana n adalah bilangan kapasitor dan VC adalah voltan yang dikenakan kapasitor) tetapi ini berlaku dalam litar ideal. Dalam senario sebenar, voltan keluaran litar penjana Marx Impulse akan jauh lebih rendah daripada nilai sebenar yang diinginkan.

Walau bagaimanapun, titik percikan terakhir ini perlu mempunyai jurang yang lebih besar kerana, tanpa ini, kapasitor tidak dapat memasuki keadaan yang terisi penuh. Kadang kala, pembuangan dilakukan dengan sengaja. Terdapat beberapa cara untuk melepaskan bank kapasitor dalam penjana Marx.

Teknik pelepasan kapasitor di Marx Generator:

Elektrod pemicu tambahan berdenyut: Menolak elektrod pencetus tambahan adalah kaedah berkesan untuk mencetuskan penjana Marx dengan sengaja semasa keadaan pengisian penuh atau dalam kes khas. Elektrod pencetus tambahan dipanggil sebagai Trigatron. Terdapat pelbagai bentuk dan ukuran Trigatron yang tersedia dengan spesifikasi yang berbeza.

Mengionkan udara di celah : Udara terion adalah jalan berkesan yang bermanfaat untuk melakukan jurang percikan. Pengionan dilakukan dengan menggunakan laser berdenyut.

Mengurangkan tekanan udara di dalam celah : Pengurangan tekanan udara juga berkesan jika jurang percikan dirancang di dalam ruang.

Kekurangan Penjana Marx

Masa pengecasan panjang: Penjana Marx menggunakan perintang untuk mengecas kapasitor. Oleh itu, masa caj semakin tinggi. Kapasitor yang lebih dekat dengan bekalan kuasa akan dicas lebih cepat daripada yang lain. Ini disebabkan oleh peningkatan jarak kerana peningkatan rintangan antara kapasitor dan bekalan kuasa. Ini adalah kelemahan utama unit penjana Marx.

Kehilangan kecekapan: Kerana alasan yang sama seperti yang dijelaskan sebelumnya, kerana arus mengalir melalui perintang, kecekapan litar penjana Marx rendah.

Jangka hayat pendek jurang percikan: Kitaran pelepasan berulang melalui jurang percikan memendekkan jangka hayat elektrod jurang percikan yang perlu diganti dari semasa ke semasa.

Masa pengulangan kitaran pengecasan dan pelepasan: Oleh kerana masa pengecasan yang tinggi, masa pengulangan penjana impuls sangat perlahan. Ini adalah satu lagi kelemahan utama rangkaian penjana Marx.

Aplikasi Litar Generator Impulse

Aplikasi utama litar penjana impuls adalah untuk menguji peranti voltan tinggi. Alat penangkap kilat, Sekering, dioda TVS, pelbagai jenis pelindung lonjakan, dan lain-lain diuji menggunakan penjana voltan Impulse. Tidak hanya dalam bidang pengujian, tetapi rangkaian penjana Impulse juga merupakan instrumen penting yang digunakan dalam eksperimen fizik nuklear serta industri laser, pelakuran dan peranti plasma.

Penjana Marx digunakan untuk tujuan simulasi kesan kilat pada gear talian kuasa dan dalam industri penerbangan. Ia juga digunakan dalam mesin X-Ray dan Z. Kegunaan lain, seperti pengujian penebat alat elektronik juga diuji menggunakan litar penjana impuls.